[發明專利]基于無線傳感器網絡的被動定位及追蹤方法

無效

• 申請號: 201410004551.5
• 申請日: 2014-01-06
• 公開（公告）號: CN104768219A
• 公開（公告）日: 2015-07-08
• 發明（設計）人: 王橋;趙明霞
• 申請（專利權）人: 南京宜開數據分析技術有限公司
• 主分類號: H04W64/00
• 分類號: H04W64/00;H04W84/18;G01S5/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明提出基于無線傳感器網絡的被動定位及追蹤方法，更具體的說，這種方法首先通過傳感器節點收集網絡狀態信息、然后由上位機對這些信息進行分析處理，最終給出定位及追蹤結果。

背景技術

無線傳感器網絡是由分布式的傳感器節點組成的網絡，具有自組織、功耗低、成本低、體積小等特點。集成電路和無線通信技術的發展使得大規模傳感器網絡的部署成為可能，并使其應用越來越廣泛。通過大范圍的部署傳感器節點，可以收集特定區域的溫度、濕度、光照強度、有害氣體濃度等數據，以便后續研究。而在傳輸這些數據的同時，可以順便從中提取出信號強度信息，用于輔助的網絡人員定位及追蹤功能。

定位及追蹤系統具有很大的應用價值，如果園、商店、儲藏室在不開放時，當有他人闖入時可起到監視及報警的作用。目前這類場所大部分通過攝像頭、紅外線等來監控，但攝像頭在沒有光線時無法工作、有拍攝角度限制，而紅外線無法穿透障礙物。基于無線傳感器網絡的被動定位能夠克服上述所有障礙，而且安裝隱蔽，系統魯棒性強，能耗低，使用壽命長。本發明提出的基于無線傳感器網絡的被動定位及追蹤方法通過測量無線網絡節點對之間的接收信號強度（Received?Signal?Strength?Indicator,?RSSI）變化值，對無線網絡區域內各個空間位置上貢獻的信號衰減變化值進行成像。一旦有人進入無線傳感器網絡覆蓋區域，RSSI成像結果會實時反映這一信息。

發明內容

本發明提出基于無線傳感器網絡的被動定位及追蹤方法，包括：系統的整體設計及工作流程。系統由一個控制節點（Controller）、多個組網節點（Node）、一個接收節點（Collector）以及上位機組成。Controller向無線傳感器網絡發送各種控制命令；Node之間相互通信得到網絡狀態信息；Collector接收來自Node的信息，初步處理后通過串口傳至上位機進一步處理，由上位機運行實時定位與追蹤算法。傳感器節點通過令牌環協議按序廣播數據包，數據包內容為本節點收集到的最新網絡狀態信息，其他所有組網節點接收到后更新各自收集到的網絡狀態信息，Collector對數據包進行初步處理后緩存起來，待接收完所有Node的數據，打包發送至上位機。

上述系統的特征在于信息收集的并行性。Node發出的數據包對其他Node及Collector都是有價值的，其他Node從中提取出RSSI，而Collector解析數據包內容。

一種基于無線傳感器網絡的被動定位算法，其定位特點在于定位過程是由粗到細，逐步精確的。首先將網絡區域劃分成n×n的網格，計算出人所在的網格N₁；再將網絡區域細分成kn×kn（k為大于1的整數）的網格，對網格N₁進一步計算，定位出人所在的網格N₂；根據實際情況及定位精度、定位速度要求，可將上述過程繼續推進。

一種基于無線傳感器網絡的被動追蹤算法，追蹤算法在定位算法的基礎上，減小計算周期，當本輪數據收集不全時，不再等待數據齊全再計算，而是采用上一輪數據補充缺失的數據，以適應實時性的需求；同時由于人在網絡中位置的連續變化性，加入卡爾曼濾波過程，將之前的狀態對當前狀態的約束作用考慮進去。

附圖說明

圖1是傳感器節點在網絡中的分布圖，其中周圍的黑點代表網絡周邊部署的傳感器節點；粗黑線代表第一次定位計算時劃分出的5×5網格；細黑線代表后續計算過程中網格的進一步劃分。

圖2是定位及追蹤系統整體框圖。

圖3是橢圓權重模型。

圖4是具體的一次定位計算過程。

圖5是定位由粗到細的計算過程示意圖。

具體實施方式

步驟1：網絡整體部署。

組網節點擺放在支架上大概1米高的同一水平面上，節點等距地擺放在一個6米×6米的正方形邊上。網絡中的節點數在實驗過程中動態調整，以進行定位精度對比。節點共分為3類：一個控制節點（Controller），一個數據收集節點（Collector）以及其余的數據采集節點（Node）。硬件平臺采用飛比公司的FB2530EB板和FB2530BB板，是基于TI?CC2530的片上系統。節點工作在2.4GHz頻段，采用令牌環協議按序廣播數據包。定位區域中傳感器節點的部署如圖1和圖2所示。

設K是網絡中Node數，M是節點對之間的雙向鏈路條數，則

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